RU2146789C1

RU2146789C1 - Vertical water-tube water boiler

Info

Publication number: RU2146789C1
Application number: RU98121870A
Authority: RU
Inventors: И.В. Горбатенко; В.А. Дашевский; А.В. Кузьмин; А.Г. Ларионов; Б.А. Сараф
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Белэнергомаш"
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2000-03-20

Abstract

FIELD: boiler houses. SUBSTANCE: boiler has inlet annular header incorporating inner transverse partitions mounted either side of water inlet pipe connection between holes for welding-in tubes; other annular header coupled with the former through heat-transfer tubes mounts opposing inner transverse partitions arranged in staggered manner for multiple upflow and downflow of water over all heat-transfer tubes in sequence at speed preventing surface water boiling up to water outlet pipe connection of upper annular header. In addition, gas vent through which fire gases escape from furnace to convective surfaces of boiler is located at cold water inlet; outlet gas pipe of boiler is located at hot water outlet. EFFECT: improved reliability and service life of heat-transfer tubes and boiler as a whole. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может найти применение в водогрейных котлах отопительных котельных. The invention relates to a power system and may find application in boilers of heating boiler rooms.

Известны вертикальные водогрейные водотрубные котлы, далее по тексту именуемые "котел", содержащие горелку, вертикальный цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, размещенные внутри корпуса топку и конвективные поверхности котла из теплообменных труб, входящих своими концами в отверстия перепускных коллекторов [1]. Known are vertical water-tube boilers, hereinafter referred to as a "boiler", containing a burner, a vertical cylindrical body with nozzles for supplying and discharging heated water, a fire chamber and convective surfaces of the boiler from heat-exchange pipes entering their ends into the openings of the bypass collectors [1] .

Недостатком известных котлов является низкая надежность и малая длительность работы теплообменных труб при номинальной теплопроизводительности котла из-за интенсивных накипеотложений, чрезмерного перегрева и разрушения теплообменных труб, происходящих вследствие малых скоростей циркулирующей воды. A disadvantage of the known boilers is the low reliability and short duration of the heat transfer pipes at the rated heat output of the boiler due to intense scale deposits, excessive overheating and destruction of the heat transfer pipes due to the low speeds of the circulating water.

Наиболее близким прототипом к предлагаемому изобретению является водогрейный котел типа КВГ, изготавливаемый на ОАО "Белэнергомаш", содержащий горелку, вертикальный цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, размещенные внутри корпуса топку и конвективные поверхности котла из прямолинейных теплообменных труб, входящих своими концами в отверстия перепускных кольцевых коллекторов со съемными крышками или лючками [2]. The closest prototype to the proposed invention is a hot water boiler of the type KVG, manufactured by Belenergomash OJSC, containing a burner, a vertical cylindrical body with nozzles for supplying and discharging heated water, a fire chamber and convective surfaces of the boiler from straight heat-exchange pipes entering their ends into openings of bypass ring collectors with removable covers or hatches [2].

Недостатком этого котла является низкая надежность и малая длительность работы теплообменных труб при номинальной теплопроизводительности котла из-за возникающего поверхностного кипения воды в трубах при малых скоростях циркулирующей воды в них, сопровождающегося интенсивными накипеотложениями с ухудшенной теплопередачей, перегревом металла труб и их разрушением. Движение воды в теплообменных трубах котлов КВГ с низкими скоростями происходит потому, что холодная вода в них подводится в низкий кольцевой коллектор и распределяется одновременно по всем теплообменным трубам и за один ход проходит их и отводится из верхнего коллектора. В этих котлах во всех участках, включая топочные теплонапряженные участки, из-за низких скоростей воды происходит поверхностное кипение воды, приводящее в итоге к разрушению теплообменных труб, в первую очередь в топке котла. Недостатком противопоставленного прототипа является также то, что отвод нагретой воды осуществляется из наиболее теплонапряженной части котла, в зоне выхода топочных газов в конвективный газоход, где поверхностное кипение воды, сопровождаемое интенсивными накипеотложениями, наибольшее. The disadvantage of this boiler is the low reliability and short duration of the heat transfer pipes at the rated heat output of the boiler due to the surface boiling of water in the pipes at low speeds of circulating water in them, accompanied by intense scale deposits with poor heat transfer, overheating of the pipe metal and their destruction. The movement of water in the heat transfer pipes of KBG boilers with low speeds occurs because the cold water in them is supplied to the low ring collector and distributed simultaneously to all heat transfer pipes and passes through them in one stroke and is discharged from the upper collector. In these boilers, in all areas, including heat-stressed heating sections, due to low water speeds, surface boiling of water occurs, resulting in the destruction of heat transfer pipes, primarily in the boiler furnace. The disadvantage of the opposed prototype is that the heated water is discharged from the most heat-stressed part of the boiler, in the zone of exit of the flue gases into the convective gas duct, where the surface boiling of water, accompanied by intensive scale deposits, is greatest.

Цель изобретения - повышение надежности и длительности работы теплообменных труб котла. The purpose of the invention is to increase the reliability and duration of the heat transfer pipes of the boiler.

Эта цель достигается тем, что в вертикальном водогрейном водотрубном котле, содержащем горелку, цилиндрический корпус котла с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, размещенные внутри корпуса топку и конвективные поверхности котла, образованные из прямолинейных теплообменных труб, входящих своими концами в перепускные кольцевые коллекторы с съемными крышками или лючками, во входном кольцевом коллекторе по обе стороны от патрубка подвода воды между отверстиями для ввариваемых труб установлены внутренние поперечные перегородки, а в сочленяемом с ним теплообменными трубами другом кольцевом коллекторе установлены встречные внутренние поперечные перегородки в шахматном порядке для многократного подъемно-опускного движения воды последовательно по всем теплообменным трубам со скоростями, гарантирующими отсутствие поверхностного кипения воды, до патрубка отвода воды, размещенного в верхнем кольцевом коллекторе. This goal is achieved by the fact that in a vertical water-heating boiler containing a burner, a cylindrical boiler body with nozzles for supplying and discharging heated water, a fire chamber and convective surfaces of the boiler, formed from straight heat-exchange pipes formed by straight ends entering into the bypass ring collectors with removable ones lids or hatches, in the inlet ring collector, on both sides of the water supply pipe, internal transverse partitions are installed between the holes for the welded pipes and in the other ring collector articulated with it by heat exchange tubes, counter-mounted internal transverse partitions are installed in a checkerboard pattern for multiple lifting and lowering water movement in series through all heat exchange pipes with speeds guaranteeing the absence of surface boiling of water to the water outlet pipe located in the upper ring collector .

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показан продольный разрез по корпусу котла, на фиг.2 показан поперечный разрез котла в плане, а на фиг. 3 показана циркуляционная схема котла в изометрическом изображении. The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a longitudinal section through the boiler body, figure 2 shows a transverse section of the boiler in plan, and in fig. 3 shows the circulation circuit of the boiler in an isometric image.

Водогрейный котел содержит горелку 1, вертикальный цилиндрический корпус 2 с патрубками подвода 3 и отвода 4 нагреваемой воды, размещенные внутри корпуса котла топку 5 и конвективные поверхности 6, выполненные из прямолинейных, теплообменных труб. Все теплообменные трубы входят своими концами в соответствующие отверстия нижнего 7 и верхнего 8 кольцевых коллекторов, закрытые с обратной стороны съемными крышками 9 или лючками. Теплообменные трубы топки котла по ее периметру имеют плавники (мембраны) 10 в зазорах между трубами, кроме выходного окна 11 для выхода топочных газов в конвективные поверхности котла. Такие же плавники могут привариваться и к наружным теплообменным трубам конвективной поверхности для ограничения конвективного газохода котла. Для увеличения поверхности нагрева котла в конвективном газоходе могут использоваться и оребренные теплообменные трубы 12. Снаружи всего котла, в амбразуре горелки и в поде топки выполняется изоляция и обмуровка котла 13. В кольцевых коллекторах 7 и 8 по обе стороны от места подвода воды устанавливают внутренние поперечные перегородки 14 и 15 между отверстиями для ввариваемых труб попеременно в шахматном порядке для создания многократного подъемно-опускного движения воды последовательно по всем теплообменным трубам с расчетными скоростями, гарантирующими отсутствие поверхностного кипения воды [3]. The hot water boiler contains a burner 1, a vertical cylindrical body 2 with nozzles for supplying 3 and outlet 4 for heated water, a furnace 5 and convective surfaces 6 made of straight-line, heat-transfer pipes placed inside the boiler body. All heat transfer pipes enter at their ends into the corresponding openings of the lower 7 and upper 8 ring collectors, closed on the back with removable covers 9 or hatches. The heat exchange pipes of the boiler furnace along its perimeter have fins (membranes) 10 in the gaps between the pipes, in addition to the exit window 11 for the exit of flue gases to the convective surfaces of the boiler. The same fins can also be welded to the external heat transfer tubes of the convective surface to limit the convective gas duct of the boiler. To increase the heating surface of the boiler in the convection duct, finned heat transfer tubes 12 can also be used. Outside the entire boiler, in the burner embrasure and in the furnace hearth, the boiler is insulated and lined 13. In the annular collectors 7 and 8, internal cross-sections are installed on both sides of the water supply the partitions 14 and 15 between the holes for the welded pipes are alternately staggered to create multiple lifting and lowering movements of water sequentially across all heat transfer pipes with design speeds Guaranteeing the absence of surface boiling water [3].

Котел работает следующим образом. Холодная вода подводится через патрубок подвода воды 3 в нижний кольцевой коллектор 7, распределяется по обе стороны до внутренних поперечных перегородок 14 и входит в теплообменные трубы 1-го подъемного хода, включающие как топочные, так и конвективные теплообменные трубы, по которым вода попадает в верхний кольцевой коллектор 8, в котором установлены встречные внутренние поперечные перегородки 15 по обе стороны от подъемного потока воды 1-го хода. В верхнем кольцевом коллекторе вода разворачивается на 180^o и направляется двумя одинаковыми потоками в теплообменные трубы 2-го опускного хода в нижний кольцевой коллектор 7. Так, последовательно нагреваемая вода при подъемно-опускном движении проходит все теплообменные трубы котла с расчетными скоростями, гарантирующими отсутствие поверхностного кипения воды в них, и после последнего подъемного движения нагретой воды оба параллельных потока объединяются в один в выходном участке верхнего кольцевого коллектора, из которого через патрубок отвода воды 4 направляется потребителю. Для выхода воздуха из верхних отдельных участков коллектора 8 вверх перегородок 15 имеются сквозные отверстия 16, достаточные только для удаления воздуха и не меняющие общую циркуляционную схему котла. В нижних перегородках 14 внизу выполняются сквозные отверстия 17 для полного дренирования воды из нижнего кольцевого коллектора 17.The boiler operates as follows. Cold water is supplied through the water supply pipe 3 to the lower annular collector 7, distributed on both sides to the internal transverse partitions 14 and enters the heat transfer pipes of the 1st lift stroke, including both furnace and convective heat transfer pipes, through which water enters the upper an annular collector 8, in which counterpropagating internal transverse partitions 15 are installed on both sides of the first-stage water flow. In the upper ring collector, the water is turned 180 ^o and is directed by two identical streams into the heat transfer pipes of the 2nd lowering stroke to the lower ring collector 7. Thus, sequentially heated water during the lifting and lowering movement passes through all the heat transfer pipes of the boiler with rated speeds guaranteeing the absence of surface boiling water in them, and after the last lifting movement of heated water, both parallel flows are combined into one in the output section of the upper ring collector, from which through 4 drainage water 4 is sent to the consumer. To exit the air from the upper individual sections of the manifold 8 up the partitions 15 there are through holes 16, sufficient only to remove air and not changing the overall circulation scheme of the boiler. In the lower partitions 14 below, through holes 17 are made for complete drainage of water from the lower annular collector 17.

В котле возможно осуществление многоходового подъемно-опускного движения нагреваемой воды по теплообменным трубам и одним потоком, для чего внутренние поперечные перегородки устанавливаются в шахматном порядке только по одну сторону от патрубка подвода воды 3, однако в этом случае резко возрастает гидравлическое сопротивление котла. Для повышения надежности работы котла в целом наиболее холодную воду необходимо подводить в наиболее теплонапряженную часть котла, которой является участок с газовым окном 11, а отводить с противоположной стороны. В заявленном объекте это требование выполняется тем, что газовое окно выхода топочных газов из топки в конвективые поверхности котла расположено в месте подвода холодной воды, а выходной газовый патрубок котла расположен в месте отвода нагретой воды из котла, где тепловые нагрузки снижены. In the boiler, it is possible to carry out a multi-way lifting and lowering movement of heated water through heat exchange pipes and one stream, for which the internal transverse partitions are staggered only on one side of the water supply pipe 3, however, in this case, the hydraulic resistance of the boiler increases sharply. To increase the reliability of the boiler as a whole, the coldest water must be supplied to the most heat-stressed part of the boiler, which is the section with the gas window 11, and diverted from the opposite side. In the claimed object, this requirement is fulfilled by the fact that the gas window for the exit of flue gases from the furnace into the convective surfaces of the boiler is located at the place of supply of cold water, and the gas outlet pipe of the boiler is located at the place of removal of heated water from the boiler, where heat loads are reduced.

Топочные газы после сгорания топлива из топки 5 направляются в выходное окно 11, разделяются на 2 параллельных потока и входят в концентрический конвективный газоход котла с конвективными поверхностями 6, состоящими как из гладких теплообменных труб, труб с плавниками, так и из оребренных теплообменных труб. На выходе дымовых газов из котла оба газовых потока собираются в один и направляются в выходной газовый патрубок 18 котла. After combustion of the fuel from the furnace 5, the flue gases are directed to the exit window 11, divided into 2 parallel flows and enter the concentric convective gas duct of the boiler with convective surfaces 6, consisting of both smooth heat-exchange pipes, pipes with fins, and finned heat-exchange pipes. At the exit of the flue gases from the boiler, both gas flows are collected into one and sent to the gas outlet pipe 18 of the boiler.

В заявленном котле благодаря установленным по обе стороны от патрубка подвода воды внутренним поперечным перегородкам в верхнем и нижнем кольцевом коллекторе между отверстиями для ввариваемых труб в шахматном порядке для многократного подъемно-опускного движения нагреваемой воды скорости ее повышаются до расчетных значений, гарантирующих отсутствие поверхностного кипения воды, сопровождающегося интенсивными накипеотложениями. При этом достигается более надежная и длительная работа теплообменных труб котла при сохранении индустриальности изготовления котла только из прямолинейных участков, а также их эксплуатационного преимущества за счет возможности внутреннего осмотра и ремонта любой теплообменной трубы без разрушения. In the claimed boiler, thanks to the internal transverse partitions installed on both sides of the water supply pipe in the upper and lower annular collector between the holes for the welded pipes in a checkerboard pattern for multiple lifting and lowering movement of the heated water, its speed increases to the calculated values, guaranteeing the absence of surface boiling water, accompanied by intensive scale deposits. At the same time, a more reliable and long-term operation of the heat transfer pipes of the boiler is achieved while maintaining the industrial production of the boiler only from straight sections, as well as their operational advantage due to the possibility of internal inspection and repair of any heat transfer pipe without destruction.

Кроме того, надежность работы котла в целом повышается, когда наиболее холодная вода подводится в наиболее теплонапряженную часть котла, какой является выходное газовое окно 11 из топки в конвективный газоход, а выход нагретой воды - из менее теплонапряженной части котла, где размещается выходной газовый патрубок котла 18. In addition, the reliability of the boiler as a whole increases when the coldest water is supplied to the most heat-stressed part of the boiler, which is the outlet gas window 11 from the furnace to the convective gas duct, and the outlet of heated water is from the less heat-stressed part of the boiler, where the gas outlet pipe of the boiler is located 18.

Источники информации
1. Паровые и водогрейные котлы для промышленной коммунальной энергетики. Отраслевой каталог. - М.: Издательство ЦНИИТЭИтяжмаш, 1996, с. 29-33.Sources of information
1. Steam and hot water boilers for industrial utilities. Branch catalog. - M.: Publishing house TsNIITEItyazhmash, 1996, p. 29-33.

2. Котлы и котельные установки для промышленной и коммунальной энергетики. Отраслевой каталог. - М.: Издательство ЦНИИТЭИтяжмаш, 1998, с. 38-39. 2. Boilers and boiler plants for industrial and municipal energy. Branch catalog. - M.: Publishing house TsNIITEItyazhmash, 1998, p. 38-39.

3. Сараф Б.А. К расчету надежности водогрейных котлов малой мощности. - Промышленная энергетика, N 8, 1978, с. 47-48. 3. Saraf B.A. To the calculation of the reliability of low-power hot water boilers. - Industrial Energy, N 8, 1978, p. 47-48.

Claims

1. A vertical hot-water tube boiler containing a burner, a cylindrical boiler body with nozzles for supplying and discharging heated water, a furnace placed on the inside of the body, and convective surfaces of the boiler formed from straight heat-exchange pipes entering their ends into bypass ring collectors with removable covers or hatches, characterized the fact that in the inlet annular collector on both sides of the water supply pipe between the openings for the welded heat exchange tubes are installed internal transverse cities, and in the other ring collector connected to it by heat exchange tubes counter-mounted internal transverse partitions are staggered for multiple lifting and lowering water movement in series through all heat transfer pipes with speeds guaranteeing the absence of surface boiling of water to the water outlet pipe located in the upper ring collector.

2. The boiler according to claim 1, characterized in that the gas window for the exit of flue gases from the furnace into the convective surfaces of the boiler is located at the place of supply of cold water, and the gas outlet pipe of the boiler is located at the place of removal of heated water from the boiler.